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H19-5BIO1331: Valorisation de la biomasse > Cours 3: La fermentation anaérobie et les biocarburants > Flashcards

Cours 3: La fermentation anaérobie et les biocarburants Flashcards

1
Q

Quels sont les 2 types de fermentation et leur définition?

A
  • Dégradation aérobie: Provoque la décomposition de la matière végétale et dégage CO2+NH4 (ex: compost)
  • Fermentation anaérobie: Phénomènes biochimiques complexes provoqués par micro-organismes et capable de décomposer la MO.
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Q

Quels sont les 2 types de fermentation anaérobiques?

A
  • Alcoolique (ex: éthanol)

- Méthanique (ou méthanisation)

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Q

Qu’est-ce que la fermentation alcoolique?

A

Fermentation transformant des sucres fermentescibles par des levures en alcool + CO2 + chaleur. “Déchets” = forte teneur en glucides.

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4
Q

D’où provient le sucre de la fermentation alcoolique?

A

Produit de la photosynthèse, qui est ensuite associé à une enzyme pour produire de l’alcool éthylique (ou éthanol).

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5
Q

Quelles sont les 2 voies de production d’alcool éthylique (éthanol)?

A
  • Chimique à partir de l’éthylène (C2H4)

- Biologique à partir des sucres (glucose, cellulose ou amidon)

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6
Q

Quelles sont les étapes de production d’éthanol commercial non alimentaire (6)?

A
  1. Broyage (ex: grains)
  2. Liquéfaction: Eau + enzyme ajoutées à farine
  3. Saccharification: Seconde enzyme pour convertir amidon en sucre fermentescible
  4. Fermentation: Ajout de levures, produisant éthanol + CO2 (principalement)
  5. Distillation: Éthanol est séparé de la liqueur (96%)
  6. Déshydratation: Déshydraté par un tamis moléculaire (éthanol = anhydre ou sans eau) et ajout d’un dénaturant pour éviter la commercialisation alimentaire
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7
Q

Pour quelle raison utilise t’on la voie biologique au lieu de chimique pour produire de l’éthanol?

A

Moins d’énergie pour la produire.

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8
Q

Quels sont les deux générations d’éthanol?

A
  • À partir d’amidon/sucres: Ces procédés ont atteint leur maturité
  • À partir de produits lignocellulosiques (ou cellulosique): Procédés comportent encore des défis technologique (difficile à déstructurer pour libérer cellulose)
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9
Q

Quelles sont les 2 étapes de plus lors de la fabrication d’éthanol cellulosique avant les étapes habituelles?

A
  1. Défibrage: Séparation de la lignine

2. Hydrolyse supplémentaire

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10
Q

Quelle est la différence entre une biomasse riche en sucrose et une biomasse riche en amidon et cellulose (2)?

A
  • Sucrose: Directement fermenté par micro-organismes

- Amidon/cellulose: Glucose pas directement disponible car doivent être au préalable fragmentées

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11
Q

Qu’est-ce que la fermentation méthanique (ou biométhanisation)?

A

Dégradation de MO anaérobique et à l’abri de la lumière par l’action de micro-organismes.

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12
Q

Quels sont les produits de la biométhanisation?

A
  • CH4: Combustible

- Digestat: Résidu solide/liquide pâteux utilisé comme fertilisant/amendement agricole

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13
Q

Quels co-produits peut-on utiliser pour produire des acides organiques?

A
  • Cétone
  • Hydrocarbures
  • Protéines
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14
Q

Dans quelles gammes de température peut se faire la fermentation anaérobie et quelles types de bactéries y sont associées (3)?

A
  • Psychrophiles: 15C
  • Mésophiles: 25-40C
  • Thermophiles: 50-60C
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15
Q

Quelles sont les 3 facteurs du processus de fermentation anaérobie?

A
  • Démarrage: Nécessite ensemencement
  • Humidité
  • Agitation: Éviter la production de croûte et décantation de particules denses (agitateur mécanique)
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16
Q

Quels sont les points à retenir pour ce qui est de l’humidité lors de la fermentation anaérobie (3)?

A
  • Eau assure le transport des nutriments
  • Source d’H et O nécessaire à leur nutrition
  • Matière doit être diluée: 85 à 90% d’eau
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17
Q

De quoi dépend la quantité produite de biogaz (3)?

A
  • Quantité de déchets
  • Qualité de déchets (type de MO)
  • Rapport C/N (optimal = 25)
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18
Q

Quels sont les points à prendre en considération pour ce qui est de la qualité des déchets (4)?

A
  • Présence des éléments nutritifs
  • Absence de contaminants
  • Absence d’antibiotique ou certains oligo-éléments
  • Taille des bactéries de l’ordre du micromètre (augmente surface de contact)
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19
Q

Quelles sont les 4 phases de la digestion anaérobie et leur définition (méthanisation)?

A
  1. Hydrolyse ou liquéfaction: Matière végétale doit être “cassée” par les enzymes produites par les bactéries
  2. Acidogenèse: Bactéries transforme la MO en acides (AGV) pour nourrir une deuxième population de bactérie (méthanogènes)
  3. Acétogénèse: Action des bactéries réductrices acétogènes/sulfo-réductrices
  4. Méthanogenèse: Bactéries méthanogènes entrent en action et décomposent les acides présents dans le milieu en CH4 et CO2
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20
Q

Donner 4 caractéristiques des cuve de fermentation.

A
  • Enterrée
  • Dispositif de régulation de température
  • Dispositif de stockage du gaz
  • Isolée thermiquement
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21
Q

Qu’est-ce qu’un procédé discontinu?

A

Cycle de 10 à 40 jours adapté aux déchets à forte teneur en matière sèche (>15%).

22
Q

Qu’est-ce qu’un procédé semi-continu?

A

On retire périodiquement une fraction digestat pour le remplacer par du frais.

23
Q

Qu’est-ce qu’un procédé continu?

A

Réservés aux déchets en teneur en matière sèche inférieur à 10%.

24
Q

Quels sont les deux niveaux de production de production de méthane?

A
  • Échelle industrielle

- À la ferme

25
Q

Quels sont les 2 avantages de la fermentation en continu?

A
  • Manutention automatique ou réduite

- Rendement énergétique meilleur

26
Q

Donner 4 sources de méthanisation volontaire.

A
  • Ordures ménagères brutes
  • Boues de stations d’épuration des eaux usées
  • Déchets organiques industriels
  • Déchets de l’agriculture/élevage
27
Q

Quels seraient les intérêts à diminuer la méthanisation (4)?

A
  • Production d’énergie thermique et électrique (cogénération)
  • Diminution de l’effet de serre (plus nocif que CO2)
  • Diminution des odeurs
  • Amélioration de la valeur agronomique (réduction de la charge polluante)
28
Q

De quoi est composé chimiquement l’éthanol (3)?

A
  • C
  • H
  • O

C2H6O

29
Q

Quelles sont les 3 sources du bio-éthanol?

A
  • Sucrose
  • Amidon (glucose)
  • Cellulose/hémicellulose (lignine)
30
Q

Pour quelle raison utilise t’on le pétrole au lieu de l’éthanol pour les véhicules?

A

Pouvoir calorique supérieur à l’éthanol.

31
Q

Quels sont les 2 types de biocarburants de première génération?

A
  • Bioéthanol: Moteurs essence

- Biodiesel: Moteurs diesel

32
Q

Quel est le lien entre les biocarburants de première génération et la chaîne alimentaire?

A

En concurrence directe car ils sont produits à partir de matières premières pouvant être utilisées dans une chaîne alimentaire animale/humaine.

33
Q

Par quel procédé produit-on du mélange au gazole (procédé du biodiesel) et quelles sont les substances produites immédiatement après (2)?

A
  • Transestérification d’huiles végétales
  • Huiles
  • Ester
34
Q

Quelles sont les étapes de production de biodiesel (3)?

A
  1. Prétraitement: Production d’huile (pressage ou extraction par solvant)
  2. Transestérification: Réaction avec alcool (modification chimique) + catalyseur (accélération)
  3. Purification
35
Q

Quel coproduit est produit lors de la production de biodiesel?

A

Glycérine (glycérol)

36
Q

Donner 3 avantages d’un point de vue environnemental de l’utilisation de l’huile végétale comme carburant.

A
  • Exempt de S
  • Produit 50% moins de suie
  • Cycle fermé de CO2
37
Q

Donner 4 avantages généraux de l’utilisation de l’huile végétale comme carburant.

A
  • Source biologique renouvelable
  • Moins d’usure de moteur grâce à une amélioration de la lubricité
  • Amélioration de la qualité de l’air (moins d’émissions nocives)
  • Odeur moins dégoûtante que le diesel
38
Q

Que sont les biocarburant de deuxième génération?

A

Biomasse ligno-cellulosique, n’étant pas directement utilisés dans la production alimentaire et l’avantage de disponibilité supérieure.

39
Q

Quelle réaction transforme la biomasse lors de conditions de pression et température élevée et que permet-elle?

A

Fischer-Tropsch: Transforme le mélange CO + H2 en hydrocarbures liquides ayant d’excellentes propriétés de carburant diesel

40
Q

À partir de quelles sources de biocarburant de deuxième génération peut-on produire de l’éthanol (2) et d’où cela provient-il (1)?

A
  • Cellulose
  • Hémicellulose
  • Résidus de bois
41
Q

Quelles sont les 4 étapes de la production d’alcool à partir de matières premières lignocellulosiques?

A
  1. Traitement préliminaire: Exposition des éléments de cellulose/hémicellulose
  2. Transformation de ces éléments en sucre
  3. Fermentation des sucres en éthanol
  4. Récupération de l’éthanol
42
Q

Quel est l’avantage de la lignocellulose par rapport au grain?

A

Moins d’émission de gaz à effet de serre.

43
Q

Quel coproduit primaire provient d’éthanol à base de blé?

A

Gluten (source de profit)

44
Q

Que sont les biocarburants de troisième génération?

A

Micro-organismes telles que les microalgues, pouvant accumuler des acides gras permettant des rendements supérieurs d’un facteur 30 aux espèces oléagineuses terrestres.

45
Q

Quelles sont les 4 caractéristiques des biocarburants de troisième génération?

A
  • À partir d’acides gras, possibilité de générer du biodiesel
  • Certaines espèces de microalgues peuvent contenir des sucres (bioéthanol)
  • Microalgues peuvent être méthanisées (biogaz)
  • Microalgues peuvent produire du biohydrogène
46
Q

Quels sont les 2 sortes de procédés de culture des biocarburants de troisième génération?

A
  • Extensifs: Bassins extérieurs

- Intensifs: Photobioréacteurs fermés où on contrôle les paramètres physico-chimiques

47
Q

Qu’est-ce que le méthanol?

A

Solvant couramment utilisé en laboratoire (ou dénaturant d’éthanol) pouvant être obtenu par la gazéification de biomasses lignocellulosiques.

48
Q

Quel est l’inconvénient principal du méthanol comme carburant?

A

Corrosion pour certains métaux

49
Q

Qu’est-ce que le biohydrogène et par quelle voie peut-il être le mieux produit?

A

Hydrogène obtenu à partir de biomasse, présentant un contenu énergétique élevé par unité de masse.

Voie thermochimique par gazéification (mieux développé et plus économique).

50
Q

Donner 5 méthodes de production d’hydrogène.

A

Décarbonisation/séquestration du CO2

  • Production par nucléaiore
  • Production par électrolyse
  • Procédé photolytiques
  • Oxydation partielle
51
Q

Qu’est-ce que le gaz naturel synthétique (Bio-SNG)?

A

Gaz contenant principalement du CH4 et de petites quantité d’H, CO2 et N, ayant subit la méthanation (conversion catalytique de l’H et CO2 en CH4) pour être ensuite purifié.

52
Q

Qu’est-ce que le butanol?

A

Ressemble à l’éthanol mais avec un rendement énergétique plus élevé et pouvant être utilisé comme l’essence. Carburant de l’avenir mais au stade recherche.

H19-5BIO1331: Valorisation de la biomasse (4 decks)

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